基于ProE的抓取机构设计

成都理工大学工程技术学院毕业论文基于 Pro/E 的抓取机构设计作者姓名：姚 建 波专业名称：机械设计与制造指导教师：王 振 玉 副教授基于 Pro/E的抓取机构设计- I -摘要随着科技的迅速发展和人们生活水平及需要的不断提高，如何让机械设备取代人工实现自动化是人们的迫切需求。此抓取机构通过机电传动方式，杠杆机构实现自动取样。在 CAD 的基础上使用三维软件Pro/E 对其进行三维实体造型并进行仿真设计，通过 Pro/E 这个三维软件工具来进行抓取机构建模设计，完整体现产品设计的基本流程，提出一种产品设计的新思路,展示 Pro/E 在产品设计上的优势。关键词：自动取样 Pro/E 建模基于 Pro/E的抓取机构设计- II -AbstractAlong with the rapid development of science and technology and the continuous improvement of living standards and needs people, how to make the mechanical equipment to replace artificial automation is the pressing needs of the people. The grab mechanism in mechanical and electrical transmission way, lever mechanism to realize automatic sampling. On the basis of CAD using 3 d software Pro/E for 3 d entity modeling and simulation design, through the Pro/E, the three-dimensional modeling design software tools to grab mechanism, a complete process of product design, put forward a new train of thought of product design, show the Pro/E advantage in product design.Keywords: automatic sampling, Pro/E, modeling基于 Pro/E的抓取机构设计- III -目录摘要 .IAbstract .II目录 .III前言 .11 抓取机构概述 .21.1 抓取机构的介绍 .21.2 目的和现实意义 .32 Pro/E 的选择使用 .42.1 Pro/ENGINEER 产品介绍 .42.1.1 Pro/ENGINEER 的常用功能 .42.1.2 Pro/ENGINEER 的特性 .102.2 Pro/EENGINEER Wildfire 4.0 介绍 .113 抓取机构零件的建模 .123.1 连接法兰的建模 .123.2 连接底板的建模 .123.3 轴承座的建模 .133.4 丝杠的建模 .143.5 丝座的建模 .143.6 滑板的建模 .153.7 导轨的建模 .153.8 连接螺杆的建模 .153.9 连接架的建模 .163.10 定位杆的建模 .163.11 连接架的建模 .173.12 抓杆的建模 .174 抓取机构的装配 .19总结 .20基于 Pro/E的抓取机构设计- IV -致谢 .21参考文献 .22基于 Pro/E的抓取机构设计- 1 -前言在现代工业中，生产过程中的机械化和自动化已成为突出的主题。各行各业取料、搬运等工序离不开抓取机构，以前由人手工操作的单调、重复或繁重的体力劳动，现在却可以用抓取机构代替；而且，有的工作是在有害坏境下展开的，对人体有危害，现在也能用抓取机构替代。这样，不仅实现了机械化和自动化，也改善了劳动条件，最重要的是保证了人身安全。由于放射源具有放射性，对人身体危害较大，因此不能采用人为直接取样，采用电机驱动自动取样机能有效减小其对人体危害。这正是论文的主要选题依据和动机。基于 Pro/E的抓取机构设计- 2 -1 抓取机构概述1.1 抓取机构的介绍抓取机构是一种能模仿人手和臂膀的某些动作功能，可以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。抓取机构主要是由爪部和运动机构组成。爪部是可用来抓持工件（或工具）的部件，根据被抓持物件的形状、尺寸、重量、材料和作业要求而有多种结构形式，如夹持型、托持型和吸附型等。运动机构：使手部完成各种转动（摆动） 、移动或复合运动来实现规定的动作，改变被抓持物件的位置和姿势。抓取机构的种类，按驱动方式可分为液压式、气动式、电动式、机械式等；按适用范围可分为专用抓取机构和通用抓取机构两种；按运动轨迹控制方式可分为点位控制和连续轨迹控制抓取机构等。抓取机构通常用作机床或其他机器的附加装置，如在自动机床或自动生产线上装卸和传递工件，在加工中心中更换刀具等，一般没有独立的控制装置。有些操作装置需要由人直接操纵，如用于原子能部门操持危险物品的主从式操作手也称为抓取机构。1.2 目的和现实意义1. 其目的主要在于三个方面：（1）提高生产效率。因为在机械工业中，加工、装配等生产很大程度上不是连续的。据资料介绍，美国生产的全部工业零件中，有 75%是小批量生产；金属加工生产批量中有四分之三在 50 件以下，零件真正在机床上加工的时间仅占零件生产时间 5%。从这里可以看出，装卸、搬运等工序机械化的迫切性，工业抓取机构就是为实现这些工序的自动化而产生的。（2）应用抓取机构可以代替人从事单调、重复或繁重的体力劳动，实现生产的机械化和自动化。（3）代替人在有害环境下的手工操作，改善劳动条件，保证人身基于 Pro/E的抓取机构设计- 3 -安全。2.现实意义20 世纪 40 年代后期，美国在原子能实验中，首先采用抓取机构搬运放射性材料，人在安全间操纵抓取机构进行各种操作和实验。50年代以后，抓取机构逐步推广到工业生产部门，用于在高温、污染严重的地方取放工件和装卸材料，也作为机床的辅助装置在自动机床、自动生产线和加工中心中应用，完成上下料或从刀库中取放刀具并按固定程序更换刀具等操作。目前在我国抓取机构常用于完成的工作有：注塑工业中从模具中快速抓取制品并将制品传诵到下一个生产工序；抓取机构在加工行业中用于取料、送料；浇铸行业中用于提取高温熔液等等。基于 Pro/E的抓取机构设计- 4 -2 Pro/E 的选择使用2.1 Pro/ENGINEER 产品介绍Pro/ENGINEER（简称 Pro/E）是美国 PTC 公司于 1988 年推出的参数化建模软件，历经二十多年的发展和完善，已经有了二十多个升级版本，并且功能也延伸到 CAM 及 CAE 领域，成为多功能的 3D 软件，广泛应用于机械、电子、航空航天、产品设计、模具设计等行业。Pro/ENGINEER 功能强大，融零件设计、大型组件装配、模具设计、加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、自动量测、机构仿真设计、有限元分析、数据库管理、电缆布线以及印制电路板设计等功能于一体。Pro/ENGINEER 最适合进行造型设计、加工，大型组件装配和模具设计，在这些的应用具有极大的优势。2.1.1 Pro/ENGINEER 的常用功能Pro/ENGINEER 由众多模块组成，以下对 Pro/ENGINEER 的一些常用模块和功能进行介绍。1. Pro/ENGINEER 的基本模块（1）工业设计(CAID) 模块在产品设计中，设计活动包括从市场调研、需求分析、产品定位、生产制造直到产品投放市场，并根据市场反馈进行产品改进及维护产品的生命周期等的全过程。工业设计研究的重点在于产品与人密切相关的部分，设计的目标是使产品更加“美观” 、 “舒适” 、 “宜人” 。工业设计的重点在于“人性化”设计，随着科学技术的高速发展，人们生活水平的普遍提高，特别是信息时代的到来，人们对产品的需求趋向于多品种、小批量、趣味化和个性化。而传统的设计模式需要的周期长，已经不能满足瞬息万变的市场需求，因此基于计算机和网络技术的 CAID 应运而生。CAID 是指以计算机硬件、软件、信息存储、通讯协议、周边设备和互连网等为技术手段，以信息科学为理论基础，包括信息离散化表基于 Pro/E的抓取机构设计- 5 -述、扫描、处理、存储、传递、传感、物化、支持、集成和联网等领域的科学技术集合。即在计算机技术和工业设计相结合形成的系统支持下，进行工业设计领域内的各种创造性活动。与传统的工业设计相比，CAID 在设计方法、设计过程、设计质量和设计效率等各方面都发生了质的变化，它涉及了 CAD 技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术、敏捷制造、优化技术、模糊技术、人机工程等许多信息技术领域，是一门综合的交叉性学科。（2）机械设计(CAD)模块主要包括交互技术、图形变换技术、曲面造型和实体造型技术等。在计算机辅助设计中，交互技术是必不可少的。交互式 cad 系统，指用户在使用计算机系统进行设计时，人和机器可以及时地交换信息。采用交互式系统，人们可以边构思、边打样、边修改，随时可从图形终端屏幕上看到每一步操作的显示结果，非常直观。图形变换的主要功能是把用户坐标系和图形输出设备的坐标系联系起来；对图形作平移、旋转、缩放、透视变换 ；通过矩阵运算来实现图形变换。（3）功能仿真(CAE) 模块是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值